《Materials Research Bulletin》：Structural and optical traits of combustion derived Ca
9La(VO
4)
7: Dy3+ nanophosphors for innovative displays and latent fingerprinting applications
编辑推荐：
Dy3?掺杂的Ca9La(VO4)7纳米磷光体制备及发光特性研究，采用溶液燃烧法合成单相三角晶系纳米材料，通过XRD和TEM确认结构纯度与晶粒尺寸，光谱分析显示481nm蓝光和574nm黄光发射，带隙3.48eV，色坐标(0.2671,0.2891)和CCT11369K，证实其作为白光LED、温度传感及指纹识别材料的潜力。
普娜姆·德维（Poonam Devi）|尼拉杰·塞赫拉瓦特（Neeraj Sehrawat）|迪克莎·索兰基（Diksha Solanki）|苏伦德拉·库马尔（Surendra Kumar）|奥贾斯·加格（Ojas Garg）|拉杰什·库马尔·马利克（Rajesh Kumar Malik）
印度罗塔克（Rohtak）马哈希·达亚南德大学（Maharshi Dayanand University）化学系 – 124001
摘要
溶液燃烧技术成功制备出了单相Dy3+: Ca9La(VO4)7纳米荧光粉。Rietveld分析表明，所有纳米样品均呈现纯三角晶系，属于R3c (161)空间群。通过透射电子显微镜（TEM）测量了晶体的尺寸，结果与Scherrer公式计算的结果一致。扫描电子显微镜（SEM）用于观察样品的形貌特征。在389纳米的激发波长下，观察到481纳米处的强吸收峰（对应4F9/2 → 6H15/2跃迁）。Kubelka-Munk函数用于计算最佳样品（Ca9La0.95Dy0.05(VO4)7）及基体晶格的带隙（Egap，分别为3.48电子伏特和3.55电子伏特（均处于半导体范围内）。最佳掺杂浓度为0.05%，浓度淬火现象是由于相邻Dy3+离子之间的偶极-偶极相互作用导致的能量松弛。这种明亮白光的发射以及色坐标（x, y = 0.2671, 0.2891）和CCT参数（11369 K）表明，该纳米荧光粉在温度传感、白色发光二极管（wLEDs）、生物医学成像、固态照明和潜在指纹识别应用中具有广泛应用潜力。
引言
多年来，基于荧光粉的白色发光二极管（wLEDs）被视为传统白炽灯和荧光灯的有希望的替代品。这类固态光源不仅具有较长的使用寿命和高的发光效率，还能节省能源并减少污染风险[1],[2],[3]。与固态照明相关的荧光粉LED代表了新一代照明技术，近年来成为研究热点。从单一荧光粉组分发出白光是该领域的研究重点。理想的白色发光荧光粉需要简单的成分、良好的发光性能、高色纯度和低功耗[4]。制备高效率且能发出高色纯度白光的单相荧光粉越来越受到重视。低维材料在实现这些性能方面具有优势，因此吸引了大量研究工作[5],[6]。
近年来，关于稀土掺杂荧光粉在场发射显示器（FEDs）、等离子体显示面板（PDPs）、平板显示器（FPDs）和白色发光二极管（wLEDs）中的应用进行了大量研究[7]。无机荧光粉由基体矩阵构成，并通过掺杂激活剂离子来触发发光。这类物质主要包括硫化物、氧化物、卤化物和氟化物以及钒酸盐，其中钒酸盐掺杂了稀土或过渡金属离子。近年来，基于钒酸盐的发光材料被广泛应用于高分辨率显示系统中[8]。钒酸盐基团和激活剂离子的并发发射现象值得关注，因为VO43-基团可通过内部能量转移将能量传递给激活剂离子。VO43-（钒酸盐基团）中的V5+离子被四个氧原子（配体）以四方方式包围，其在紫外区域具有宽而深的电荷转移（CT）吸收带（O2--V5+ CT），并且在发射光谱中也具有宽的CT带，因此非常适合用于荧光粉转换LED[9],[10]。
激活剂离子是实现可见光有效发射的关键成分。镝离子（Dy3+）常被用作显示和照明领域的激活剂。已知Dy3+在481纳米（蓝光）和574纳米（黄光）处有两个发射带，分别对应4F9/2 → 6H15/2和4F9/2 → 6H13/2跃迁。为了制备高效、稳定且色彩鲜艳的白色发光纳米荧光粉，可利用Dy3+离子激活含钒酸盐的基体框架。先前有研究评估了Er3+: Ca9La(VO4)7晶体的光谱和晶体特性[11]，另有多项研究探讨了Ca9La(VO4)7: Tm3+, Eu3+白色荧光粉的发光特性[12]。张等人[13]合成了新型无序晶体Tm: Ca9La(VO4)7，具有宽频带的可控激光潜力。尽管传统合成方法通常需要在高温下进行长时间处理，但我们通过简单的溶液燃烧工艺，在900°C低温下仅需三小时即可合成Dy3+掺杂的Ca9Y(VO4)7纳米荧光粉，该工艺在材料纯度和成分控制方面具有优势[14]。
X射线衍射（XRD）结果显示Ca9La1-xDyx(VO4)7（x = 0.01至0.9）纳米样品的晶体结构与JCPDS 46-0411标准谱型匹配良好，证实了样品的纯度。对优化样品Ca9La0.95Dy0.05(VO4)7的XRD图谱进行了Rietveld精修，以分析晶格参数和纯度。SEM和TEM用于观察样品尺寸和特性。能量色散光谱（EDS）证实Dy3+离子成功嵌入基体晶格（Ca9La(VO4)7。进一步研究了PL发射光谱，计算出关键距离（Rc = 28.26 ?），证实Dy3+激活的Ca9La(VO4)7纳米荧光粉适用于紫外光激发照明系统[15]。此外，这些纳米荧光粉还在潜在指纹识别（LFP）应用中受到关注[16]。
合成方法
合成过程
溶液燃烧是一种低成本、简单且环保的纳米晶体材料制备方法。超纯前驱体（Ca(NO3)2, Dy(NO3)3.6H2O, La(NO3)3.6H2O, NH4VO3, CH4N2O）按化学计量比与双蒸水混合。首先将前驱体（金属硝酸盐作为氧化剂，尿素作为还原剂）加入溶液中。
晶体相与结构分析
对目标样品的XRD图谱进行了详细分析，以确定其晶体结构和相组成。图2.a展示了所有Ca
9La
1-xDy
x(VO
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7（x = 0.01至0.9）纳米样品的XRD图谱，主要衍射峰出现在2θ值13.25?、16.26?、26.70?、30.12?、31.51?、32.89?、34.53?、45.30?和51.8?，这些峰与标准谱型（JCPDS #46-0411）高度吻合。
结论
本研究采用尿素辅助的溶液燃烧合成方法，该方法能耗低、耗时短，成功制备出了冷白色发光的Ca
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1-xDy
x(VO
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7（x = 0.01至0.9）纳米荧光粉。通过XRD分析确定了不同激活组分的R3c空间群和三角晶系，利用Scherrer方法计算了荧光粉的晶粒尺寸。
伦理声明
我们的研究论文《用于先进显示和潜在指纹识别的钒酸盐基纳米荧光粉的燃烧合成与发光行为》中的内容是原创的，我们首次通过溶液燃烧工艺合成了这些纳米荧光粉。这些荧光粉具有优异的发光性能，可应用于多种固态照明器件。
未引用参考文献
[48]
CRediT作者贡献声明
拉杰什·库马尔·马利克（Rajesh Kumar Malik）：负责监督和实验工作。
奥贾斯·加格（Ojas Garg）：负责方法论设计和概念构思。
苏伦德拉·库马尔（Surendra Kumar）：负责撰写、审稿与数据整理。
迪克莎·索兰基（Diksha Solanki）：负责方法论设计和概念构思。
普娜姆·德维（Poonam Devi）：负责初稿撰写、数据整理和概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
普娜姆·德维衷心感谢印度普萨（Pusa）人力资源开发小组（CSIR）通过JRF奖No. 09/382/(11549)/ 2021-EMR-I提供的经济支持。
创新性声明
我们的研究论文《用于先进显示和潜在指纹识别的钒酸盐基纳米荧光粉的燃烧合成与发光行为》中的内容是原创的，我们首次通过溶液燃烧工艺合成了这些纳米荧光粉。这些荧光粉具有优异的发光性能，可应用于多种固态照明器件。
